據(jù) Nanowerk 2 月 7 日報(bào)道，日本東北大學(xué)開發(fā)出了比其它材料更高電壓和更好穩(wěn)定性的超級(jí)電容器新材料。他們在《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy and Environmental Science）刊發(fā)表了一篇名為《由無邊緣缺陷石墨烯制成的超穩(wěn)定介孔碳板打造的 4.4V 超級(jí)電容器》“4.4 V supercapacitors based on super-stable mesoporous carbon sheets made of edge-free graphene walls”的論文。

超級(jí)電容器是一種可充電的儲(chǔ)能裝置，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械裝置、智能儀表等方面。與傳統(tǒng)電池相比，超級(jí)電容具有許多優(yōu)點(diǎn):充電快、壽命長等，但其能量存儲(chǔ)率有限。

長期以來, 科學(xué)家們一直在為可滿足能源密集型應(yīng)用 (例如汽車) 需求的超級(jí)電容尋找高性能材料。

日本東北大學(xué)材料科學(xué)家、相關(guān)論文合著者之一的 Hirotomo Nishihara 說：“找到既能在高電壓下又能在嚴(yán)苛環(huán)境下運(yùn)行的材料，非常具有挑戰(zhàn)性。”

Nishihara 及其同事們與超級(jí)電容制造公司（TOC Capacitor Co.）合作開發(fā)出一種新材料，它在高溫、高電壓條件下具備超高穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)上，活性炭被用于電容器中的電極，但單電池（構(gòu)成電容器的積木）中電池單體電壓低，必須將多個(gè)電池串聯(lián)才能保證足夠輸出電壓。至關(guān)重要的是，這種新材料具有更高的單電池電壓，減少了堆疊數(shù)量，使設(shè)備更加緊湊。

圖丨 GMS 薄片以及連接兩個(gè) LED 的超級(jí)電容（來源：Hirotomo Nishihara）

新材料是由一個(gè)連續(xù)的石墨烯介孔海綿（含有納米孔的碳基材料）三維框架組成。這種材料的關(guān)鍵特征是無縫的：它含有非常少量的碳邊緣缺陷（腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的地方），這使得它變得非常穩(wěn)定。

研究人員利用電子顯微鏡和一系列的物理測試，包括 X 射線衍射和振動(dòng)光譜技術(shù)，研究了新材料的物理性質(zhì)。他們還將活性炭作為基準(zhǔn)測試并比較了商用石墨烯材料，包括單壁碳納米管、還原石墨烯氧化物和 3D 石墨烯。

這種新材料為開發(fā)高度耐用、高電壓的超級(jí)電容器鋪平了道路，這些超級(jí)電容器可用于許多應(yīng)用，包括汽車。